Литье под давлением обеспечивает производительность, точность и качество поверхности для крупносерийного производства металлических компонентов, но успех во многом зависит от конструкции детали, учитывающей физические процессы быстрого заполнения и затвердевания под давлением. Неправильно продуманные элементы, такие как неравномерная толщина стенок, острые углы, чрезмерная концентрация массы или слишком жесткие допуски, приведут к дефектам заполнения, пористости, усадке, деформации, растрескиванию и преждевременному износу штампа, что увеличит стоимость и количество брака. Следование этим рекомендациям с самого начала проектирования гарантирует получение отливок без дефектов, максимальные механические характеристики и наиболее экономически эффективный баланс между функциональностью и технологичностью.
Толщина стенки
Если толщина стенки литой детали слишком мала, заполнение дефекта во время литья становится затруднительным. литье под давлениемЭто легко может привести к плохому заполнению. Если толщина стенки слишком велика, высока вероятность образования крупных внутренних зерен, что приводит к дефектам, таким как усадочные полости и пористость. Кроме того, могут появиться усадочные раковины, снижающие механические свойства литой детали. Тонкостенные детали обладают хорошей плотностью, что относительно улучшает прочность и сопротивление давлению. Чрезмерно толстые стенки также увеличивают вес детали и расходуют избыточное количество металла, повышая стоимость. В целом, толщина стенок литых деталей не должна превышать 5 мм.
Толщина стенок алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов (единица измерения: мм)
| Площадь стенки (см²) | Алюминиевые и магниевые сплавы | Цинковые сплавы |
| Минимальный | Рекомендованные | |
| ≤25 | 0.8 | 2.0 |
| 25-100 | 1.2 | 2.5 |
| 100-500 | 1.8 | 3.0 |
| > 500 | 2.5 | 3.5 |
Если отдельные участки детали имеют чрезмерную толщину, следует использовать конструкцию с полой внутренней частью для достижения равномерной толщины стенок по всей поверхности. Такой подход предотвращает дефекты усадки в толстых участках и одновременно снижает вес детали.
Плавные переходы при изменении толщины
Толщина стенок каждого поперечного сечения литой детали должна быть равномерной или максимально приближенной к равномерной. В случаях, когда функциональная или иная необходимость препятствует полной равномерности, соотношение толстых и тонких стенок не должно превышать 3:1. Для предотвращения резких изменений толщины следует использовать плавные переходы (конусность или радиус); в противном случае поток расплавленного металла может быть нарушен, что приведет к образованию следов текучести или холодных смыканий. Кроме того, различное время затвердевания между толстыми и тонкими участками создает неравномерные внутренние напряжения, которые могут вызвать растрескивание или деформацию. В случаях резких переходов толщины рекомендуется добавлять конусность или радиус для обеспечения плавного перехода.
На рисунке выше вариант дизайна №а — наихудший, вариант дизайна №d — наилучший.
Минимальное количество отверстий
Минимальный диаметр отверстия и максимальная глубина отверстия для сплавов алюминия, магния и цинка (единица измерения: мм)
Если отверстие меньше или глубже значений, указанных в таблице, его все равно можно частично сформировать во время литья под давлением (в качестве направляющей метки), а затем доработать механической обработкой, хотя это и увеличивает стоимость детали.
Расстояние между отверстиями, между отверстиями и канавками, а также между отверстиями и кромками также необходимо учитывать, чтобы гарантировать, что штамп обладает достаточной прочностью, чтобы выдерживать удары и сильные термические напряжения от высокотемпературного расплавленного металла.
| / | Минимальный диаметр отверстия | Глубина отверстия: умноженная на диаметр (d) | ||||
| Материал | Рекомендованные | выполнимый | Несквозное отверстие | Несквозное отверстие | Через отверстие | Через отверстие |
| / | / | / | d >5 | d <5 | d >5 | d <5 |
| Алюминиевый сплав | 2.5 | 2.0 | 4 | 3 | 8 | 6 |
| Из магниевого сплава | 2.0 | 1.5 | 5 | 4 | 10 | 8 |
| Сплав цинка | 1.5 | 0.8 | 6 | 4 | 12 | 8 |
Избегайте слишком тонких участков.
Тонкие профили штампов обладают низкой прочностью и склонны к деформации, изгибу или разрушению при высоких температурах.
Ребра жесткости:
Ребра жесткости используются в первую очередь для повышения прочности деталей, предотвращения деформации, а также, во вторую очередь, для облегчения потока расплавленного металла. Рекомендуемые размеры ребер указаны в таблице ниже.
Рекомендуемая таблица размеров ребер (единица измерения: мм)
| Параметр | Рекомендуемый размер |
| Толщина стенки детали | – |
| Толщина корня t | t = (0.6 ~ 1) × T |
| Высота H | H ≤ 5T |
| Радиус скругления R | t ≤ R ≤ 1.25t |
| Угол наклона α | α = 1° ~ 3° |
- Избегайте конструкций с плоскими пластинами; добавление ребер повышает прочность детали.
- Ребра могут способствовать растеканию расплавленного металла; их ориентация должна совпадать с направлением потока металла.
- Расположение ребер должно быть рациональным, симметричным и равномерным.
- Избегайте чрезмерного утолщения в местах соединения ребер.
Углы уклона
В связи с различными свойствами сцепления трех распространенных сплавов для литья под давлением с формой, типичные углы уклона следующие:
- Алюминиевые сплавы: наивысшая адгезия → внутренний уклон обычно 1°
- Магниевые сплавы: немного меньшая адгезия, чем у алюминия → внутренний уклон обычно 0.75°
- Цинковые сплавы: наименьшая адгезия → внутренний уклон обычно 0.5°
Внешние углы уклона могут быть вдвое больше внутренних, чтобы гарантировать, что отливка останется со стороны стержня во время извлечения.
Проектирование радиуса скругления
Избегайте острых внешних углов. Острые внешние углы не только приводят к недостаточному заполнению, низкой плотности и прочности, но и представляют опасность из-за острых краев.
- Внутренние скругления – избегайте внутренних острых углов. Радиусы скруглений в местах соединения стенок существенно влияют на эксплуатационные характеристики детали, качество и срок службы штампа.
- Улучшает текучесть расплавленного металла, снижает турбулентность, повышает заполняющую способность и облегчает выход газа.
- Острые углы вызывают концентрацию напряжений, что приводит к растрескиванию или преждевременному разрушению под нагрузкой.
При необходимости нанесения покрытия галтели обеспечивают равномерное покрытие и предотвращают его накопление в острых углах.
Внутренний радиус скругления обычно равен толщине стенки. Радиусы скругления не должны быть чрезмерно большими, так как это приводит к образованию локально утолщенных участков, склонных к усадке, пористости и образованию поверхностных вмятин.
Босс
- Избегайте размещения выступов слишком близко к стенам или друг к другу. Конструкция выступа должна соответствовать принципам равномерной толщины стенок и избегать локального избытка толщины.
- Сведите к минимуму высоту выступа. Избыточная высота снижает прочность и затрудняет пломбирование.
- Добавьте рёбра вокруг боссов. Рёбра увеличивают прочность боссов и способствуют их заполнению; следует избегать отдельных боссов.
- Перепроектируйте наклонные выступы, чтобы упростить конструкцию штампа. Правильная оптимизация наклонных выступов может упростить штамп и снизить стоимость.
Текст/Символы
- Символы должны выступать над поверхностью детали. Это снижает затраты на механическую обработку и техническое обслуживание штампа.
- Размеры символов должны обеспечивать правильное заполнение. Минимальная ширина символа составляет 0.25 мм, высота — примерно от 0.25 до 0.5 мм, с уклоном 10°. Символы, как правило, не следует размещать на боковых стенках, так как это создает подрезы, препятствующие выталкиванию.
Threads
- Избегайте наружной резьбы по всей длине.
- Внутренние потоки не следует приводить напрямую.
Облегчение удаления вспышки и затвора.
- Избегайте острых углов между стенками детали и линией разъема.
- Упростите геометрию детали, чтобы избежать сложных форм линии разъема, которые затрудняют удаление облоя.
Допуски
Линия разъема и направляющие стержня влияют на точность допусков размеров.
Исходя из предположения, что необходимо выполнить функциональные требования, следует максимально ослабить допуски:
- Более жесткие допуски требуют более жестких допусков штампа → более высокая стоимость штампа
- Срок службы матрицы сокращается.
- Необходимо частое техническое обслуживание и замена штампов.
- Более частые проверки размеров и более высокий процент брака → увеличение стоимости деталей
Чтобы избежать механической обработки, допуски должны быть максимально большими. Отказ от механической обработки снижает стоимость детали.
Для повышения точности критически важных размеров выбирайте рациональную линию разъема:
- Если соосность между D1 и D2 имеет решающее значение → выберите CC в качестве разделительной линии.
- Если соосность между D1 и D3 имеет решающее значение → выберите BB в качестве разделительной линии.
- Если критически важна однородность диаметра D1 на левом или правом конце → выберите AA в качестве линии разъема.
Упрощение структуры штампа
(1) Избегайте внутренних подрезов. Внутренние подрезы требуют бокового действия сердечников, иначе вторичная обработка приведет к значительному увеличению стоимости штампа или детали. Разумная конструкция детали, исключающая внутренние подрезы, снижает стоимость.
(2) По возможности избегайте внешних подрезов.
(3) Избегайте препятствий для основных ползунков.
(4) Избегайте закругленных линий разъема. Закругленные линии разъема усложняют изготовление штампов, снижают прочность в радиусе и сокращают срок службы штампов.
(5) Разумно выбирайте линию разъема, чтобы упростить конструкцию штампа. Линия разъема должна обеспечивать максимально простую конструкцию штампа, легчайшую обработку и минимальную стоимость.
Обработка CNC
Избежать CNC-обработка по возможности, потому что:
- Литье под давлением уже обеспечивает высокую точность размеров и качество поверхности; значительные допуски на этапе проектирования позволяют исключить механическую обработку.
- Поверхностная оболочка услуги литья под давлением Он плотный и прочный, а механическая обработка разрушает этот слой.
- Внутренние поры могут обнажиться после механической обработки, что повлияет на производительность.
- Механическая обработка значительно увеличивает стоимость детали.
Если механическая обработка неизбежна, проектируйте деталь таким образом, чтобы облегчить ее обработку и минимизировать обрабатываемую площадь.
Старайтесь, чтобы припуск на обработку был как можно меньше. Наружный слой плотный, а внутренний относительно пористый, с возможными газовыми или микропорами; поэтому припуск на обработку следует минимизировать, чтобы сохранить плотный слой.
Припуск на механическую обработку поверхности (с одной стороны, единица измерения: мм)
| Максимальный размер обработанной поверхности | ≤50 | 50-120 | 120-260 | 260-400 | 400-630 |
| пособие | 0.3-0.5 | 0.4-0.7 | 0.6-1.0 | 0.8-1.4 | 1.2-1.8 |
Припуск на обработку отверстия (с одной стороны, единица измерения: мм)
| Диаметр отверстия | ≤6 | 6-10 | 10-18 | 18-30 | 30-50 | 50-80 |
| пособие | 0.05 | 0.10 | 0.15 | 0.20 | 0.25 | 0.30 |
Обратите внимание:
- По возможности избегайте обработки поверхностей.
- В тех случаях, когда требуется механическая обработка, припуск должен быть как можно меньше (обычно менее 0.5–0.8 мм).
- После механической обработки не должно быть видно внутренней пористости или рыхлой структуры, иначе прочность и герметичность будут серьезно нарушены.
